Definition und Funktionsweise
Batteriespeicher sind technische Systeme, die entwickelt wurden, um elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Sie ermöglichen die effiziente Nutzung erneuerbarer Energien wie Solar- oder Windkraft, indem sie überschüssige Energie speichern, die zu Zeiten geringer Erzeugung genutzt werden kann.
Ein Batteriespeicher besteht aus mehreren Batteriezellen, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Ein integriertes Management- und Überwachungssystem steuert den Lade- und Entladeprozess, um die Speicherkapazität optimal zu nutzen und die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Wechselrichter wandeln den gespeicherten Gleichstrom in Wechselstrom um, der für den Betrieb von Haushaltsgeräten verwendet werden kann. Moderne Batteriespeicher sind häufig internetfähig und ermöglichen eine Fernüberwachung des Betriebsstatus in Echtzeit.
Verschiedene Batteriespeichertechnologien
Es gibt eine Vielzahl von Batteriespeichern, die von kompakten Heimspeichern bis hin zu groß angelegten industriellen Anlagen reichen. Von den verschiedenen Technologien sind Lithium-Ionen-Batterien besonders verbreitet. Sie bestehen aus Lithium-Verbindungen und zeichnen sich durch hohe Energiedichte sowie geringe Selbstentladung bei Raumtemperatur aus. Sie eignen sich daher für verschiedene Anwendungen, wie z. B. mobile Endgeräte, Laptops, Kameras, Werkzeuge und medizinische Geräte. Zudem bieten sie ein hervorragendes Kosten-Nutzen-Verhältnis, hohe Leistung und eine lange Lebensdauer. Diese Eigenschaften machen sie zu vielseitigen Lösungen in großen Industrieanlagen und Kraftwerken, in denen sie eine effiziente Balance zwischen Energieangebot und -nachfrage gewährleisten.
Neben Lithium-Ionen-Batterien gibt es auch weniger bekannte Alternativen wie Redox-Flow-Batterien oder Salzwasserbatterien, die bisher jedoch nur in spezifischen Bereichen verwendet werden.
Lebensdauer
Batteriespeicher sind essenziell für nachhaltige Energiesysteme. Allerdings haben Batterien eine begrenzte Lebensdauer von etwa 10 bis 15 Jahren. Grund hierfür sind chemische Prozesse, die das Material unabhängig von der Anzahl der Ladezyklen altern lassen. Ein genaues End- oder Ablaufdatum ist jedoch nicht prognostizierbar.
Mit zunehmendem Alter nimmt die Speicherkapazität von Batterien kontinuierlich ab. Um die Lebensdauer zu maximieren, werden intelligente Lademanagementsysteme eingesetzt. Hierbei fließen Daten – bspw. Wetterprognose oder der bisherige Energieverbrauch – mit ein, um die Batterie schonend zu laden und entladen.
Es ist ratsam, bei der Anschaffung eines Batteriespeichers eine angemessene Größe zu wählen, um zukünftige Kapazitätsverluste auszugleichen. Auf diese Weise bleibt das System langfristig wirtschaftlich und effizient.
Wirkungsgrad
Das Be- und Entladen eines Batteriespeichers geht immer mit Verlusten einher. Der Wirkungsgrad trifft Aussagen darüber, wie effizient die Energieübertragung ist, also wieviel der geladenen Energie auch wieder nutzbar gemacht werden kann. Lithium-Ionen-Batteriespeicher erreichen bereits einen hohen Wirkungsgrad von etwa 90-95%. Dieser Wert hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter auch der eigene Stromverbrauch des Speichers im Standby-Modus sowie im Betrieb. Selbst wenn keine Energie aus der Batterie entnommen wird, verliert der Akku im Laufe der Zeit etwas Ladung. Dank ihres hohen Wirkungsgrades werden Batteriespeicher mittlerweile in vielen Bereichen eingesetzt.
Kosten
In den letzten Jahren sind die Kosten für Batteriespeicher gesunken, da aufgrund der gestiegenen Nachfrage die Produktionskosten zurückgegangen sind. Durch die höheren Strompreise ist es zunehmend wirtschaftlicher geworden, selbst erzeugten Strom zu speichern und zu späteren Zeitpunkten zu verbrauchen. Die Kosten hängen vom Funktionsumfang des individuellen Geräts ab. So ist beispielsweise ein Batteriespeicher, der auch als Notstromanlage dient, in der Regel teurer. Langfristig erwarten Experten, dass die Kosten für Batteriespeicher weiter sinken. Grund dafür ist ein zunehmender Ausbau der Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien. Dann könnten Batteriespeicher günstig genug werden, um sie im großen Maßstab als Stromspeichersystem zur Stabilisierung des Stromnetzes einzusetzen. In Deutschland gibt es bereits Projekte, die solche Großbatteriespeicher testen und nutzen.
Die Vor- und Nachteile im Überblick
Batteriespeicher bieten zahlreiche Vorteile, darunter mehr Kontrolle und Unabhängigkeit vom Stromversorger. Hinzu kommt, dass sie die Nutzung selbst erzeugten Stroms zu späteren Zeiten ermöglichen, was besonders bei hohen Eigenverbräuchen und aufgrund der unregelmäßigen erneuerbaren Stromerzeugung zu erheblichen Einsparungen führt und für die Nutzenden Preisschwankungen am Strommarkt abschwächt. Zudem werden Batteriespeicher durch technologische Fortschritte und die steigende Nachfrage prognostiziert günstiger, während die Strompreise tendenziell steigen. Diese Faktoren machen Batteriespeicher bereits jetzt, aber vor allem auch in Zukunft wirtschaftlich attraktiv.
Dennoch gibt es auch Nachteile. Die hohen Investitionskosten stellen für viele eine finanzielle Hürde dar, insbesondere, weil die erwartete Laufzeit der Speicher mit 10 bis 12 Jahren relativ kurz ist. Zudem erfordern Batteriespeicher eine regelmäßige Wartung, was zusätzliche Kosten verursachen kann. Die wirtschaftliche Rentabilität hängt stark vom individuellen Verbrauchsverhalten und den spezifischen Strompreisen ab.
Ein Lithium-Ionen-Speicher hat zwar eine durchaus positive Energiebilanz, jedoch wird diese momentan negativ von dem Abbau, Transport und der Verarbeitung der notwendigen Ressourcen zur Herstellung beeinflusst. Insbesondere die Vorgehensweise beim Abbau von Lithium wird regelmäßig öffentlich kritisiert, da zum Lösen des Lithiums zahlreiche Chemikalien, darunter auch Schwermetalle, genutzt werden, welche später oft in die Umwelt und das Grundwasser gelangen.
Batteriespeicher-Ausbau in Deutschland
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hat für Deutschland die sogenannte Stromspeicherstrategie ausgearbeitet. Diese zielt darauf ab, die Integration der immer stärker wachsenden Anteile erneuerbarer Stromerzeugung im deutschen Stromnetz zu unterstützen. Um die ambitionierten Ziele – bspw. den Ausbau von 215 GW Photovoltaikleistung bis 2030 – erreichen zu können, ist eine hohe Flexibilität des Energiesystems notwendig. Die Eigenschaft von Stromspeichern sowohl zur Energiespeicherung als auch zur Stabilität der Stromversorgung beizutragen, spielen hierbei eine zentrale Rolle.
Der aktuelle Anstieg bei Batteriespeichern ist ein positives Zeichen, das durch ein günstiges Marktumfeld und bereits ergriffene Maßnahmen gefördert wird. Die Strategie des BMWK umfasst eine Vielzahl von Maßnahmen, darunter die Analyse von Hemmnissen, die Beschleunigung von Netzanschlüssen und die Förderung von Innovationen in der Speichertechnologie.
(Stand: Ende 2021) Laut einer Auswertung des Marktstammdatenregisters durch das Fraunhofer ISE hat der jährliche Zubau von Batteriespeicher in Deutschland in den letzten Jahren stark zugenommen. So waren Ende 2021 insgesamt 326.048 Batteriespeicher installiert, wovon mehr als ein Drittel in dem betrachteten Jahr neu hinzukam. Mögliche Ursachen für das deutliche Wachstum sind einerseits die gesunkenen Preise für Batteriespeichersysteme und andererseits die gleichzeitig steigenden Stromkosten. Hohe Strompreise erhöhen die Attraktivität von Batteriespeichern bei Besitzern von PV-Anlagen, da dadurch eine höhere Eigenverbrauchsquote erreicht werden kann. Diese Entwicklung trägt wesentlich zur Förderung nachhaltiger Energielösungen bei und stärkt die Unabhängigkeit der Verbraucher.
Weiterführende Materialien:
- Stromspeicher-Strategie des BMWK
- FAQ zur Stromspeicherstrategie des BMWK
- European Commission: Energy Storage
- Informationen zur Batterieforschung des BMBF
- Broschüre Energiespeicher der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
Quellen:
https://www.interconnector.de/wissen/solarenergie/https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/presseinformationen/2022/KurzpapierStrukturelleEntwicklungen_V14.pdf&ved=2ahUKEwieNThz62HAxWVhP0HHYc1CGIQFnoECBkQAw&usg=AOvVaw0p4vPq3gkNpAMWgSwlmyrK
https://de.statista.com/themen/9862/lithium-ionen-batterien/#topicOverview
https://www.enbw.com/unternehmen/themen/speicher/batteriespeicher.html
